2 مه 2022 -توسط امیلی مسکال، دانشگاه استنفورد
نمودار یک تکنیک تصویربرداری مفهومی را نشان می دهد که از میدان گرانشی خورشید برای بزرگنمایی نور سیارات فراخورشیدی استفاده می کند. این امکان بازسازی بسیار پیشرفته ای از شکل سیارات فراخورشیدی را فراهم می کند. اعتبار: الکساندر مادوروویچ
از زمانی که اولین سیاره فراخورشیدی در سال 1992 کشف شد، ستاره شناسان بیش از 5000 سیاره را در حال چرخش به دور ستارگان دیگر شناسایی کرده اند. اما وقتی ستاره شناسان یک سیاره فراخورشیدی جدید را شناسایی می کنند، چیز زیادی در مورد آن نمی آموزیم: می دانیم که وجود دارد و چند ویژگی در مورد آن وجود دارد، اما بقیه یک راز است.
برای دور زدن محدودیت‌های فیزیکی تلسکوپ‌ها، اخترفیزیکدانان دانشگاه استنفورد روی یک تکنیک تصویربرداری مفهومی جدید کار کرده‌اند که 1000 برابر دقیق‌تر از قوی‌ترین فناوری تصویربرداری در حال حاضر مورد استفاده است. دانشمندان با بهره گیری از اثر تاب برداشتن گرانش بر فضا-زمان، به نام عدسی، به طور بالقوه می توانند این پدیده را دستکاری کنند تا تصویربرداری بسیار پیشرفته تر از امروزی ایجاد کنند.
در مقاله ای که در 2 می در مجله Astrophysical منتشر شد، محققان راهی را برای دستکاری عدسی های گرانشی خورشیدی برای مشاهده سیارات خارج از منظومه شمسی توصیف کردند. با قرار دادن تلسکوپ، خورشید و سیاره فراخورشیدی در یک خط با خورشید در وسط، دانشمندان می‌توانند از میدان گرانشی خورشید برای بزرگنمایی نور سیاره فراخورشیدی در هنگام عبور آن استفاده کنند. برخلاف ذره بین که دارای سطح منحنی است که نور را خم می کند، لنز گرانشی دارای فضا-زمان منحنی است که امکان تصویربرداری از اجسام دور را فراهم می کند.
بروس مکینتاش، استاد فیزیک در دانشکده علوم انسانی و علوم انسانی در استنفورد گفت: «ما می‌خواهیم از سیاراتی که به دور ستارگان دیگری می‌چرخند عکس بگیریم که به خوبی تصاویری هستند که می‌توانیم از سیارات منظومه شمسی خود بسازیم. با این فناوری، امیدواریم بتوانیم از سیاره ای در فاصله 100 سال نوری از زمین عکسی بگیریم که تاثیری مشابه عکس آپولو 8 از زمین داشته باشد.
نکته مهم در حال حاضر این است که روش پیشنهادی آنها به سفرهای فضایی پیشرفته تری نسبت به آنچه در حال حاضر موجود است نیاز دارد. به گفته محققان، با این حال، وعده این مفهوم و آنچه می تواند در مورد سیارات دیگر آشکار کند، ارزش بررسی و توسعه مداوم را دارد.
مزایای خمش نور
عدسی گرانشی تا سال 1919 در طی یک خورشید گرفتگی به طور تجربی مشاهده نشد. با انسداد ماه از نور خورشید، دانشمندان توانستند ستاره‌های نزدیک به خورشید را ببینند که از موقعیت‌های شناخته شده‌شان منحرف شده‌اند. این اثبات صریح بود که گرانش می تواند نور را خم کند و اولین شواهد رصدی دال بر صحت نظریه نسبیت اینشتین بود. بعداً، در سال 1979، فون اشلمن، استاد دانشگاه استنفورد، گزارش مفصلی از چگونگی بهره برداری ستاره شناسان و فضاپیماها از عدسی گرانشی خورشیدی منتشر کرد. (در همین حال، ستاره شناسان از جمله بسیاری در کیپک استنفورد اکنون به طور معمول از گرانش قدرتمند عظیم ترین کهکشان ها برای مطالعه تکامل اولیه کیهان استفاده می کنند.)
اما تا سال 2020 بود که تکنیک تصویربرداری به منظور رصد سیارات به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. اسلاوا توریشف از آزمایشگاه پیشرانه جت مؤسسه فناوری کالیفرنیا تکنیکی را توصیف کرد که در آن یک تلسکوپ فضایی می‌تواند از موشک‌ها برای اسکن اطراف پرتوهای نور یک سیاره برای بازسازی تصویری واضح استفاده کند، اما این تکنیک به سوخت و زمان زیادی نیاز دارد.
با تکیه بر کار توریشف، الکساندر مادوروویچ، دکتری. دانشجوی کیپک، روش جدیدی اختراع کرد که می تواند سطح سیاره را از روی یک تصویر منفرد که مستقیماً به خورشید نگاه می کند، بازسازی کند. با گرفتن حلقه نور در اطراف خورشید که توسط سیاره فراخورشیدی تشکیل شده است، الگوریتمی که Madurowicz طراحی کرده است، می تواند نور حلقه را با معکوس کردن خمش از عدسی گرانشی، که حلقه را دوباره به یک سیاره گرد تبدیل می کند، خنثی کند.
مادوروویچ کار خود را با استفاده از تصاویری از زمین در حال چرخش که توسط ماهواره DSCOVR که بین زمین و خورشید قرار دارد، نشان داد. سپس، او از یک مدل کامپیوتری استفاده کرد تا ببیند که زمین با نگاه کردن به اثرات تابش گرانش خورشید چگونه به نظر می رسد. مادوروویچ با اعمال الگوریتم خود بر روی مشاهدات، توانست تصاویر زمین را بازیابی کند و ثابت کند که محاسباتش درست بوده است.
برای گرفتن تصویری از سیاره فراخورشیدی از طریق عدسی گرانشی خورشیدی، یک تلسکوپ باید حداقل 14 برابر دورتر از پلوتون از خورشید قرار گیرد، از لبه منظومه شمسی ما بگذرد و دورتر از آن چیزی باشد که انسان ها تا به حال یک فضاپیما فرستاده اند. اما فاصله بین خورشید و یک سیاره فراخورشیدی کسری کوچک از سال نوری است.
